JP3814426B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents
現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成に用いられる、現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に、従来の現像装置を備えた画像形成装置の一例を示す。同図は概略構成を示す縦断面図であり、同図を参照しながら、従来の画像形成装置の概略を説明する。
【０００３】
感光ドラム（像担持体）１１１は、矢印Ｒ１方向に回転駆動され、その表面が帯電ローラ（帯電装置）１０３によって一様に帯電された後、露光装置１０２による露光を受けて表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置２０８によってトナー像として現像される。感光ドラム１１１上のトナー像は、転写ローラ（転写装置）１１０によって転写材１１４上に転写される。この転写材１１４は、給紙カセット１１７に収納されていたものが、給紙ローラ１１６等によって供給されたものである。トナー像転写後の感光ドラム１１１は、転写材１１４に転写されないで表面に残ったトナーがクリーニング装置１１２のクリーニングブレード１１３によって除去されて次の画像形成に供される。一方、トナー像転写後の転写材１１４は、定着装置１１５によって表面にトナー像が定着された後、画像形成装置本体１０１外部に排出される。これにより画像形成が完了する。
【０００４】
図１０に、従来の現像装置の一例を示す。同図は、上述の図９中の現像装置２０８の拡大図である。同図を参照しながら、従来の現像装置の概略を説明する。
【０００５】
同図に示す現像装置２０８は、磁性一成分トナーを用いた現像装置である。現像スリーブ（現像剤担持体）１０５は、アルミニウムやステンレススチールのパイプから形成された非磁性スリーブであり、矢印Ｒ２方向に回転自在に支持されている。現像スリーブ１０５の内側には、Ｎ極とＳ極とが交互に複数個形成されたマグネット１０６が固定的に配置されている。現像スリーブ１０５の表面は、所望量のトナーが搬送できるように、適切な表面粗さに加工されている。この現像スリーブ１０５表面には、弾性ブレード（現像剤規制部材）１０７ａが所定の圧力で当接されている。弾性ブレード１０７ａは、例えばウレタンゴムやシリコーンゴム等によって形成されており、支持板金１０７ｂに固定されている。マグネット１０６の磁力によって現像スリーブ１０５表面に引き付けられたトナー１０９は、現像スリーブ１０５上にて担持搬送されることによる摩擦帯電、及び弾性ブレード１０７ａによって適量が規制される際の現像スリーブ１０５と弾性ブレード１０７ａ間での摺擦による摩擦帯電で、適切な電荷を与えられて現像領域へと搬送される。
【０００６】
また、現像装置２０８は、図１５に示すように、現像スリーブ１０５の両端部にコロ２０９が固定されており、コロ２０９を感光ドラム１１１に当接させることにより、現像スリーブ１０５表面と感光ドラム１１１表面との間が所定の間隔となるようにしている。現像スリーブ１０５は、一方の端部に現像スリーブギヤ２１２が固定されており、この現像スリーブギヤ２１２に、感光ドラム１１１と一体の感光ドラムギヤ２１１から伝達される駆動力によって回転駆動される。
【０００７】
このような現像装置２０８におけるトナー残量検知の手段としては、図１０に示すように、現像スリーブ１０５に対して平行に配置されたアンテナ部材１０８により、現像スリーブ−アンテナ間のトナー量の変化に伴うインピーダンスの変化を利用し、交流の現像バイアス印加電源１１８によりアンテナ部材１０８に誘起される電流変化を検知してトナー残量を推測するもの（以下「誘起電流検知手段」という。）が従来から知られている。現像バイアスを印加する電源としては、上述の交流の現像バイアス印加電源１１８の他に、直流の現像バイアス印加電源１１９も有しており、これらにより、上述の現像スリーブ１０５に交流と直流とが重畳された現像バイアスを印加するようになっている。
【０００８】
誘起電流検知手段は、図中１２０〜１２３の各部材によって構成されている。１２０は、トナーが無い状態と同等の静電容量を持つコンデンサで、この静電容量とアンテナ部材１０８から検出された静電容量とを、それぞれダイオード１２１、１２２を介した後、コンパレータ１２３で比較することでトナー有無を判断する。
【０００９】
トナー残量検知を行う場合、現像容器１０４内部の長手方向に配置されたアンテナ部材１０８は、トナーの動きを妨げる作用をもたらすことがある。特にアンテナ部材１０８の下部は、現像容器１０４下部とアンテナ部材１０８との間にトナーの壁が形成されやすいため、攪拌部材１３０を設け、トナーをほぐしながら、現像スリーブ１０５へのトナー供給をスムーズにする方法が従来用いられてきた。
【００１０】
攪拌部材１３０としては、図１１に示すような、クランク形の棒部材が用いられ、その両端部を回転中心とし、図１０中の矢印Ｒ３方向に回転させて用いる方法が従来からある。
【００１１】
また、攪拌部材１４０が現像容器１０４内のトナーをほぐし、かつ、攪拌部材１３０にトナーを受け渡すべく、配置されている。攪拌部材１４０は、図１２に示すように、攪拌部材１３０と同様のクランク形の棒部材であり、その両端部を回転中心とし、図１０中の矢印Ｒ４方向に回転させて用いている。攪拌部材１３０及び攪拌部材１４０を回転させるための駆動力は、例えば、上述の現像スリーブギヤ２１２（図１５参照）からギヤ列で適当な回転速度に落とすことで利用するのが一般的である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、レーザビームによって露光を行うデジタル方式の画像形成装置においての、１ドット再現性の向上を目的としたトナーの小粒径化に伴い、上述構成の現像装置２０８の使用開始からしばらくの間、画像濃度が薄くなる傾向が見られるようになってきた。
【００１３】
図１３は、トナー平均（中心）粒径の違いによる、初期の画像濃度推移を表した図である。平均粒径が６μｍと８μｍのいずれも初期の濃度は薄い傾向があるが、平均粒径が小さい６μｍの方がより顕著となる。初期濃度薄のレベルについては、平均粒径が８μｍ以上の場合には、濃度１．４以上と問題になる程のレベルではないが、それ未満の平均粒径のトナーを用いる場合には、改善する方が望ましいレベルになると考えられる。
【００１４】
本出願人らの検討によれば、この濃度低下の原因は、図１６に示すように、トナー中の比較的粒径の小さな微粉量と初期のべた黒濃度（濃度測定は、マクベス反射濃度計（マクベス社製）を用いた）には相関関係があり、微粒量が多いほど濃度薄になることがわかった。すなわち、初期においては、使い始めの時期に現像装置２０８内のトナー中の比較的粒径の小さなものが現像スリーブ１０５近傍に集まる傾向があり、これによって現像スリーブ１０５上にコートされたトナーのトリボ分布がブロード化（現像するのに最適なトリボを持ったトナーの割合が減少する）し、現像能力が低下していることがわかった。そして、小さい粒径のトナーの存在が問題となるため、当然、トナーの平均粒径が小さくなる程、顕著に現れやすくなる現象でもある。さらに、本現象は、トナー消費が少ないパターンを印字し続けるほど顕著になる（例えばべた白を続けて印字した直後のべた黒はより薄くなる）こともわかった。これはトナー消費が少ないほど、現像スリーブ１０５近傍の微粉量が増加していくためである。
【００１５】
図１４（ａ）は、従来のクランク形の攪拌部材１３０を用いた現像装置２０８内のトナーの動きを表した図である。同図において、現像容器１０４側からの新しいトナーの供給は、矢印４のように攪拌部材１３０の下方を経由して行われるものと、図１４（ｂ）に示すようにトナーの自重作用により矢印５のように攪拌部材１３０とアンテナ部材１０８との間に流れ込んで行われるものとがある。矢印４、５の流れで現像スリーブ１０５近傍に流れたトナーは、現像スリーブ１０５内部のマグネット１０６の磁力によって引き付けられた後、弾性ブレード１０７で現像スリーブ１０５上コートされることになるが、コートされたもの以外は、矢印２又は矢印３の方向に循環していく。この循環はトナーのトリボ付与に寄与している。そして出願人らの検討によれば、これら矢印４、５の大量なトナーの流れが初期濃度薄発生の原因となっていることもわかった。つまり、初期濃度薄いの防止には、初期時に大量のトナーが現像スリーブ１０５近傍に流入することを防ぐ構成を有するか、又は大量の流入を起こしても、濃度低下を招かないトナーでの対策が必要と考えられる。
【００１６】
トナーでの対策としては、トナーの粒径を揃える（微粉側を製造時にカットする）ことが考えられるが、トナー製造時の歩留まりが非常に悪化し、高コストを招くため、現実的な手段になり得ない。
【００１７】
また、特許番号第２６８２００３号では、現像装置内のトナー収容槽内の現像スリーブ側に、現像装置内下側に仕切り部材を設け、その仕切り部材と現像スリーブ間にあるトナー収容槽内の小室に、攪拌部材によってトナーを補給する補給室を設ける構成を有し、その小室内のトナーから優先的に現像させることにより、均一な粒径のトナーを安定して供給する提案がなされている。
【００１８】
しかしながら、下側からの壁を乗り越えるだけのトナー搬送力が求められるため、攪拌構成に対する性能要求が厳しく、コストアップを招きやすい。また、現像スリーブ１０５の回転中心より現像容器１０４の重心が上部に位置する系においては、図１４（ａ）、（ｂ）による矢印４、５からのトナー流入は抑制することができるものの、攪拌部材として、回転トルクが軽くコストのかからない攪拌部材１４０を使用する場合や、攪拌部材を持たずにトナーの自重落下のみでトナー供給を行う場合においては、上述の小室内へのトナーの絶対供給量が不足しやすく、現像スリーブ１０５へのトナー供給が不安定になり、現像容器１０４中にトナーが大量にあるにもかかわらず、画像上白抜けを発生させる可能性があった。
【００１９】
また、特開平１０−１０４９４３号公報では、トナー層規制部材の極近傍に、現像室の上壁部から下方に向かって防御壁を、トナー層規制部材と同程度突出させるという提案があるが、この構成においても、図１４（ｂ）に示す矢印５のトナーの流れ込みを抑制することができず、初期濃度薄を防止することができない。
【００２０】
さらには、初期のみ攪拌部材の動きを止めることも、現像スリーブ近傍へのトナー流入を防止する効果は高いが、装置構成が複雑になり、コストアップを招くという問題がある。
【００２１】
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであり、現像剤担持体に対するトナーの供給量過多に起因する初期濃度薄の防止と、現像剤担持体に対するトナーの供給量不足に起因する白抜け画像の防止とを両立させるようにした、現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１の発明は、画像形成装置の装置本体内に設けられる現像装置であって、現像剤を収納するとともに前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態でその前側の下部に開口部を有する現像容器と、前記現像剤を担持する、前記開口部に回転自在に配置された現像剤担持体と、前記現像容器内に収納された前記現像剤の残量を検知する、前記現像容器内で前記現像剤担持体の長手方向に平行に配置された現像剤残量検知部材と、前記現像容器内に収納された前記現像剤を攪拌する、前記現像容器内に配置された第１の攪拌部材および第２の攪拌部材と、を備えた現像装置において、前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で前記現像剤残量検知部材を前記現像剤担持体の後方における斜め上方に配置し、前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で前記第１の攪拌部材を前記現像剤残量検知部材の後方における斜め上方に回転自在に配置し、前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で前記第２の攪拌部材を前記現像剤残量検知部材の斜め下方、かつ、前記第１の攪拌部材の前方における斜め下方に回転自在に配置し、前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で前記現像容器の上部内側から前記現像剤残量検知部材と前記第１の攪拌部材との間に向けて仕切り部材を突設し、前記現像剤残量検知部材における前側の鉛直方向の接線を第１の接線として、前記第２の攪拌部材の回転軌跡における後側の鉛直方向の接線を第２の接線としたときに、前記仕切り部材の先端を、前記第１の接線と前記第２の接線との間に配置することにより、前記現像剤が自重によって前記現像剤残量検知部材と前記第２の攪拌部材との間の領域を通過して前記現像剤担持体の設けられた方向へ移動するのを抑制するように構成し、前記現像容器内に存在する前記現像剤の残量が多いとき程、前記領域に搬送される前記現像剤の量が少なくなるように、前記第１の攪拌部材が、前記現像剤担持体の回転軸と平行な回転軸を有する剛体棒と、前記剛体棒に基端部が固定され先端部が自由端である弾性シートとを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項２の発明は、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在なカートリッジ容器に、少なくとも像担持体と現像装置とを組み込んで構成したプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置が、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する請求項１に記載の現像装置であることを特徴とする。
【００２４】
請求項３の発明は、像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置と、を備えた画像形成装置において、前記現像装置が、請求項１に記載の現像装置であることを特徴とする。
【００２５】
請求項４の発明は、転写材に画像形成する装置本体と、該装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジとを備えた画像形成装置において、前記プロセスカートリッジが、請求項２に記載のプロセスカートリッジであることを特徴とする。
【００２６】
請求項５の発明は、現像容器の前側の下部の開口部に配置され、現像剤を表面に保持して現像を行う円筒状の現像剤担持体と、前記現像剤担持体と平行に配置されて回転することにより前記現像剤担持体へ現像剤を送り込む第２の攪拌部材と、前記攪拌部材の回転軌跡の上方にその回転軌跡が一部重なる位置関係で配置されて回転することにより前記現像容器の底部の現像剤を前記第２の攪拌部材に送り込む第１の攪拌部材とを備えた現像装置であって、前記第１の攪拌部材の回転軌跡と前記第２の攪拌部材の回転軌跡とを仕切る仕切り部材を前記第２の攪拌部材の回転軌跡の上方に配置し、前記仕切り部材の下縁は、前記第２の攪拌部材の回転軌跡における前側の鉛直方向の接線と後側の鉛直方向の接線との間に位置し、前記第１の攪拌部材は、その回転軸としての剛体棒に基端部が固定された弾性シートを有し、前記現像容器内に存在する前記現像剤の残量が多いとき程、前記第２の攪拌部材に送り込まれる前記現像剤の量が少なくなるように前記弾性シートの厚みが選択されていることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
〈実施の形態１〉
図１に、本発明に係る現像装置の一例を示す。同図は、現像装置の概略構成を示す縦断面図である。また、図５に、この現像装置を備えた、本発明に係る画像形成装置の一例を示す。同図は、画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【００３０】
まず、図５を参照しながら、画像形成装置全体について説明し、つづいて、図１を参照しながら定着装置について詳述する。
【００３１】
図５に示す画像形成装置は、プリンタエンジンとしての画像形成装置本体（以下単に「装置本体」という。）１０１を備えている。
【００３２】
装置本体１０１の内側には、像担持体としてドラム形の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１１１を備えている。感光ドラム１１１は、前述の図１５に示すように、長手方向（軸方向）の一方の端部に感光ドラムギヤ２１１が固定されている。感光ドラム１１１は、この感光ドラムギヤ２１１に駆動手段（不図示）から駆動力が伝達されることにより、軸を中心に図５中の矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。
【００３３】
感光ドラム１１１は、その表面が帯電装置としての帯電ローラ１０３によって帯電される。帯電ローラ１０３は、感光ドラム１１１表面に接触配置されており、感光ドラム１１１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って矢印Ｒ５方向に従動回転する。帯電ローラ１０３には、帯電バイアス印加電源（不図示）によって、例えば交流電圧と直流電圧とが重畳された帯電バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１１１表面が所定の極性、所定の電位に均一に帯電される。
【００３４】
帯電後の感光ドラム１１１表面は、露光装置１０２によって静電潜像が形成される。露光装置１０２は、レーザスキャナ１０２ａ、ポリゴンミラー（不図示）、反射レンズ１０２ｂ等を有しており、画像情報に基づいたレーザ光を感光ドラム１１１表面に照射して照射部分の電荷を除去し、静電潜像を形成するものである。
【００３５】
こうして感光ドラム１１１表面に形成された静電潜像は、本発明に係る現像装置８によってトナーが付着され、トナー像として現像される。なお、現像装置８については、後に詳述する。
【００３６】
感光ドラム１１１表面に形成されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ１１０によって転写材１１４上に転写される。転写ローラ１１０は、感光ドラム１１１表面に圧接されて転写ニップ部を構成し、感光ドラム１１１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って矢印Ｒ６方向に従動回転する。この転写ニップ部によって転写材１１４を挟持搬送する。この転写材１１４は、給紙カセット１１７に収納され給紙ローラ１１６やレジストローラ（不図示）等によって感光ドラム１１１上のトナー像と同期をとって転写ニップ部に供給されたものである。転写材１１４の挟持搬送と同時に、転写ローラ１１０に、転写バイアス印加電源（不図示）によって感光ドラム１１１上のトナー像と逆極性の転写バイアスが印加され、これにより、感光ドラム１１１上のトナー像が転写材１１４上に転写される。
【００３７】
感光ドラム１１１は、転写材１１４に対するトナー像の転写後に表面に残ったトナーがクリーニング装置１１２のクリーニングブレード１１３によって除去され、次の画像形成に供される。
【００３８】
一方、トナー像転写後の転写材１１４は、定着装置１１５に搬送され、定着ローラ１１５ａ、加圧ローラ１１５ｂによる加熱、加圧を受けて、表面のトナー像が定着される。
【００３９】
トナー像定着後の転写材１１４は、装置本体１０１外部に排出され、これにより、画像形成が完了する。
【００４０】
つづいて、図１を中心に、本発明に係る現像装置８について詳述する。
【００４１】
同図に示す現像装置８は、磁性一成分トナーを用いた現像装置であり、内部にトナーを収納する現像容器１０４を備えている。現像容器１０４は、前側の下部に開口部１０４ａを有し、ここに現像剤担持体としての現像スリーブ１０５が配設されている。なお、以下の説明では、現像装置８における感光ドラム１１１に対向する側（図１中の左側）を前側、また、感光ドラム１１１から遠い側を後ろ側（図１中の右側）というものとする。
【００４２】
現像スリーブ１０５は、アルミニウムやステンレススチールのパイプによって形成された非磁性スリーブであり、現像容器１０４によって矢印Ｒ２方向に回転自在に支持されている。現像スリーブ１０５は、その長手方向（軸方向）の両端部に、図１５で説明したように、コロ２０９が固定されており、これらコロ２０９を感光ドラム１１１に当接させることにより、感光ドラム１１１表面との間に所定のギャップ（間隙）を確保するようにしている。現像スリーブ１０５の一方の端部には、現像スリーブギヤ２１２が固定されており、この現像スリーブギヤ２１２に、前述の感光ドラムギヤ２１１から駆動力が伝達され、これにより、現像スリーブ１０５は、矢印Ｒ２方向に回転駆動される。現像スリーブ１０５の表面は、所望量のトナーを担持し搬送することができるように、適切な表面粗さに加工されている。また、現像スリーブ１０５の内側には、マグネット１０６が配設されている。
【００４３】
マグネット１０６は、円筒状に形成されており、その周方向にＮ極とＳ極とが交互に複数個形成されている。マグネット１０６は、現像スリーブ１０５が矢印Ｒ２方向に回転するのとは異なり、現像スリーブ１０５の内側に固定的に配置されている。
【００４４】
上述の現像スリーブ１０５表面には、現像剤規制部材としての弾性ブレード１０７が当接されている。弾性ブレード１０７ａは、例えばウレタンゴムやシリコーンゴム等によって板状に形成されたものであり、その基端部が支持板金１０７ｂに固定されるとともに、その先端部を現像スリーブ１０５表面に所定の圧力で当接させて弾性変形している。弾性ブレード１０７ａは、上述のマグネット１０６の磁力によって現像スリーブ１０５表面に引き付けられたトナー１０９の層厚を規制するものである。現像スリーブ１０５表面に担持されたトナーは、現像スリーブ１０５の矢印Ｒ２方向の回転によって搬送されることによるトナー相互の摩擦帯電、及び弾性ブレード１０７ａによって層厚が規制される際の現像スリーブ１０５と弾性ブレード１０７ａ間での摺擦による摩擦帯電により、適切な電荷が付与され、さらに、感光ドラム１１１表面に対向する現像領域へと搬送されていく。このとき、現像スリーブ１０５には、図１０で前述したように、交流の現像バイアス印加電源１１８（図と直流の現像バイアス印加電源１１９とによって、交流と直流とが重畳された現像バイアスが摺動接点（不図示）を介して印加される。これにより、現像スリーブ１０５上のトナーが、現像領域において、感光ドラム１１１に飛翔して静電的に静電潜像に付着され、静電潜像をトナー像として現像するものである。
【００４５】
上述構成の現像装置８におけるトナー残量検知の手段としては、図１０で前述したように、現像スリーブ１０５に対して平行に配置されたアンテナ部材１０８により、現像スリーブ−アンテナ間のトナー量の変化に伴うインピーダンスの変化を利用し、交流の現像バイアス印加電源１１８によりアンテナ部材１０８に誘起される電流変化を検知してトナー残量を推測するようにしている。この誘起電流検知手段は、符号１２０〜１２３の各部材によって構成されている。１２０は、トナーが無い状態と同等の静電容量を持つコンデンサで、この静電容量とアンテナ部材１０８から検出された静電容量とを、それぞれダイオード１２１、１２２を介した後、コンパレータ１２３で比較することでトナー有無を判断する。
【００４６】
トナー残量検知を行う場合、現像容器１０４内部の長手方向に配置されたアンテナ部材１０８は、トナーの動きを妨げる作用をもたらすことがある。特にアンテナ部材１０８の下部は、現像容器１０４下部とアンテナ部材１０８との間にトナーの壁が形成されやすいため、第２の攪拌部材１３０を設け、トナーをほぐしながら、現像スリーブ１０５へのトナー供給をスムーズにするようにしている。
【００４７】
第２の攪拌部材１３０としては、前述したように、図１１に示すような、クランク形の棒部材が用いられ、その両端部を回転中心とし、図１中の矢印Ｒ３方向に回転させる。また、第１の攪拌部材７が現像容器１０４内のトナーをほぐし、かつ、第２の攪拌部材１３０にトナーを受け渡すべく、配置されている。第１の攪拌部材７は、図２に示すように、現像スリーブ１０５の回転中心と平行な回転中心を有する剛体棒７ａと、この剛体棒７ａに基端部Ａが固定され、先端部Ｂが自由端となった弾性シート（現像剤搬送部材）７ｂとによって構成されている。第２の攪拌部材１３０及び第１の攪拌部材７を回転させるための駆動力は、例えば、上述の現像スリーブギヤ２１２（図１５参照）からギヤ列で適当な回転速度に落とすことで利用するのが一般的である。
【００４８】
次に、本実施の形態における現像装置８の構成部材の一例を、具体的な数値をあげながら詳述する。
【００４９】
現像スリーブ１０５は、直径１６mmの非磁性アルミスリーブである。現像スリーブ１０５の表面は、トナーの搬送及びトリボ付与を行うために導電性粒子を含有する樹脂層でコートされており、表面粗さがＪＩＳ規格のＲａで、通常、平均０．４〜３．５μｍとなるように形成されている。本実施の形態では平均Ｒａ０．９５μｍのものを用いた。
【００５０】
マグネット１０６としては、その周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された４極のマグネットロールが使用され、現像スリーブ１０５の内部に固定的に配置されている。
【００５１】
弾性ブレード１０７ａとしては、ＪＩＳ硬度４０゜程度のシリコーンゴムを現像スリーブ１０５表面に対して当接力が２０〜４０gf／cm（現像スリーブ１０５の長手方向についての１cm当たりの当接荷重）となるように当接されている。
【００５２】
トナーは負帯電性の磁性一成分トナーが用いられる。成分としては、結着樹脂としてスチレンｎ−ブチルアクリレート共重合体１００重量部に、磁性体粒子８０重量部、モノアゾ系鉄錯体の負荷電制御剤２部、ワックスとして低分子量ポリプロピレン３部を１４０℃に加熱された２軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物を風力分級して、重量平均径５．０μｍの分級粉を得る。平均粒径５．０μｍの分級品に疎水性シリカ微粉体１．０重量部をヘンシェルミキサーで混合し、現像剤を得る。そして、重量平均粒径が３．５〜７．０μｍの範囲（主に６μｍ程度）のものが用いられる。このようなトナーを、上述構成の現像装置８に使用した場合、現像スリーブ１０５上のトナーのコート量は、０．５〜２．０mg／cm2 程度になる。
【００５３】
ここで、重量平均粒径について説明する。
【００５４】
測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−II型（コールタ−社製）を用い、電解液は１級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調整する。測定方法としては、上述の電解液水溶液１００〜１５０ml中に分散剤として界面活性剤を０．１〜０．５ml加え、さらに、測定試料を２〜２０ml加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で分散処理を行い、上述のコールターカウンターにより、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、個数を基準として粒度分布を測定する。これにより、重量平均粒径が求められる。
【００５５】
また、現像容器１０４は、現像スリーブ１０５の回転中心１０５ａに対し、鉛直方向斜め上方に位置している。このため、現像容器１０４中のトナーの重心Ｇ（初期のトナー満載時の重心）が現像スリーブ１０５に対し鉛直方向斜め上方に位置し、重力を有効に利用してトナーを現像スリーブ１０５近傍に搬送しやすく、また、攪拌部材７のトルクも小さくすることができる。したがって、本実施の形態で用いるような簡略な構成でも充分に搬送可能となる。現像容器１０４中のトナーの重心Ｇの現像スリーブ１０５回転中心１０５ａに対する角度αは水平を基準として５〜７０度ほどであれば、トナーを現像スリーブ１０５近傍に搬送することは可能であるが、本実施の形態においては、初期のトナー満載時の重心Ｇが図１で示す位置に存在し、現像スリーブ１０５の回転中心１０５ａに対し、斜め４０゜上方に位置するようにしている。
【００５６】
現像容器１０４内の上部からは、仕切り部材１が設けられており、また、現像容器１０４の後部に、前述の第１の攪拌部材７が設けられている。
【００５７】
上述の現像スリーブ１０５に印加される現像バイアスは、例えば感光ドラム１１１と現像スリーブ１０５との間のギャップが３００μｍ程度であった場合、直流電圧：−５５０Ｖと、交流電圧：矩形波ＶPP＝１６００Ｖ、周波数２２００Hzとを印加する。
【００５８】
なお、感光ドラム１１１表面は、帯電ローラ１０３によって、暗部電位ＶD ＝−６００Ｖに帯電され、その後のレーザ露光により露光部の電位、つまり明部電位ＶL が−１５０Ｖとなるようにした。これにより感光ドラム１１１表面のうちの明部電位ＶL の部分に、上述の負帯性のトナーを付着させる、いわゆる反転現像を行った。
【００５９】
次に、本実施の形態の特徴である初期濃度薄防止手段について詳述する。
【００６０】
本実施の形態では、現像容器１０４の内部の現像スリーブ１０５側に、現像容器１０４の上部から斜め下方に向けて仕切り部材１を設け、かつ、初期でトナー量が多いときにはトナーの搬送能力を弱める第１の攪拌部材７との相乗効果により、トナーの現像スリーブ１０５近傍への大量の流れ込みを防止しているのが大きな特徴である。
【００６１】
以下に、仕切り部材１と第１の攪拌部材７の作用効果について詳細に述べる。
【００６２】
『仕切り板１の作用効果』
初期濃度薄は、前述したように、図１４に示す矢印５や矢印４のトナーの流れ込みが原因であるが、特にアンテナ部材１０８と撹枠部材１３０上部からのトナー落下による矢印５の寄与率が高い。そのため、このトナー落下を防ぐべく、図４に示すように、現像容器１０４内上部に仕切り部材１を設け、この仕切り部材１の先端１ａを、アンテナ部材１０８の現像スリーブ１０５側に接する鉛直方向に引かれた接線Ｃ１と、撹拌部材１３０の回転軌跡の現像スリーブ遠側に接する鉛直方向に引かれた接線Ｃ２との間に挟まれた領域Ｘ内に位置させるようにすることがより有効な手段となる。
【００６３】
以下に、仕切り部材１の最適構成を設計する上での一例である、仕切り部材１を設けた現像装置での検討結果を述べる。
【００６４】
この仕切り部材１の高さを変化させ、すなわち、図４に示すように仕切り部材１の先端１ａを位置（ア）、（イ）、（ウ）、（工）と変化させ、各位置での現像装置８の初期濃度等の現像特性を、レファレンスとして仕切り部材のない従来例であげた現像装置２０８と比較した。
【００６５】
実験においては、仕切り部材１の高さによる初期濃度薄への効果と、仕切り部材１を設けたことにより予想される弊害である現像スリーブ１０５ヘのトナー供給追従不足から生ずるフェーディングの発生に着目した。
【００６６】
詳細な実験内容は以下のとおりである。
【００６７】
［実験１］
（実験条件）
実験環境：温度２３℃、湿度６０％
画像形成装置のプロセススピード：８０mm／sec
アンテナ部材１０８の直径：２．０mm
アンテナ部材１０８下部〜撹拌部材１３０の回転中心間距離：６．０mm
撹拌部材１３０の回転軌跡円直径：６．５mm
撹拌部材１３０の回転速度：３５ｒｐｍ
撹拌部材７の構成：弾性シート７ｂとして１００μｍ厚みのＰＥＴを使用し、
回転軌跡円直径を３５．０mmとした
撹拌部材７の回転速度：１０ｒｐｍ
仕切り部材１の先端１ａの位置（ア）
：Ｘ領域外であつて、接線Ｃ２より現像スリーブ遠側
仕切り部材１の先端１ａの位置（イ）
：Ｘ領域内であって、接線Ｃ２近傍
仕切り部材１の先端１ａの位置（ウ）
：Ｘ領域内であって、接線Ｃ１近傍
仕切り部材１の先端１ａの位置（工）
：Ｘ領域外であって、接線Ｃ１より現像スリーブ近側
（実験方法）
１．仕切り部材１の高さを変化させた各位置での現像装置において、まず、ベタ白画像を１０枚出す（出力する）。目的は、現像スリーブ１０５近傍の微粉量を増やし、濃度薄を顕著にするためである。
２．ベタ黒を１枚出し、画像濃度を測定する。目的は、初期濃度薄に対する効果確認のためである。濃度測定は、マクベス反射濃度計（マクベス社製）を用いた。
３．再度、ベタ白画像を１０枚出した後、現像スリーブ１０５上のトナーサンプルを採取し、その中の微粉量を測定する。目的は、濃度薄の直接的原因となっている微粉量の量で、効果の判断を行うためである。トナーの粒径測定は、コールタールマルチライザー（コールタール社製）を用い、３．２μｍ以下の粒径のものを微粉と判断し、その割合を計算する。なお、本実験で用いたトナーでは、製造時の段階での３．２μｍ以下の微粉量の含有率は約１３％であった。
４．その後、ベタ黒を３０枚出し、フェーディング発生の有無、及びその程度をサンプルを見て判断する。
【００６８】
図１８に、上述の実験における結果をまとめた。
【００６９】
同図から、仕切り部材１の先端１ａの各位置と濃度との関係は、（ア）、（イ）はともに大きな効果があり、その効果もほぼ同等であった。現像スリーブ１０５上の微粉量も（ア）、（イ）では製造時の含有率の約１３％に近い値になっている。（ウ）の位置においては、微粉量が増加した分、濃度が若干低くなったが、効果は認められる領域である。（エ）の位置においては、濃度、微粉量ともにレファレンスに近くなるが、撹拌部材７の作用により、レファレンス（仕切り部材の無い状態）よりはレベルが良い。
【００７０】
仕切り部材１の先端１ａの各位置とフェーディングとの関係は、（ア）の位置で発生しており、（イ）、（ウ）、（エ）の位置においての発生はなかった。
【００７１】
次に、（ア）、（イ）、（ウ）、（エ）の各位置でのトナー循環を観察した。
【００７２】
（ア）の位置でのトナー循環は、図６（ａ）に示すように、仕切り部材１から現像スリーブ１０５側の空間３１０でトナーが矢印３０１→３０２→３０３へと大きな循環があり、また、若干ではあるが、空間３１０から空間３１１へと流れていく矢印３０５の循環もあった。また、（ア）の位置の仕切り部材１の先端位置が、接線Ｃ２から現像容器後方側にあるため、図１４（ｂ）に示す、矢印５のようなアンテナ部材１０８と撹拌部材１３０との間へのトナーの流れ込みを防止していた。このため、現像スリーブ１０５上での微粉量増加を防止していることがわかった。しかしながら、仕切り部材１から撹拌部材７側の空間３１１から空間３１０への開口面積が小さいため、ベタ黒連続印字の際のトナー供給が間に合わなくなり、フェーディングを発生させたものとわかった。
【００７３】
（イ）の位置でのトナー循環を、図６（ｂ）に示す。（イ）の位置の仕切り部材１の先端位置は、領域Ｘを十分に覆っているため、図１４（ｂ）での、矢印５のようなアンテナ部材１０８と撹拌部材１３０との間へのトナーの流れ込みを大きく抑制している。また、空間３１０において、トナーが矢印３０１→３０２へと循環し、その後、撹拌部材１３０側へ流れていく矢印３０３の流れと、空間３１１へと流れていく矢印３０５の流れもあり、これらの流れも上部からのトナー落下を抑制する作用があることもわかった。このため、（ア）の位置同様（イ）の位置においても、このことで必要以上の、空間３１１からのトナー供給がされないため、現像スリーブ１０５上での微粉量増加を防止していることがわかった。さらには、仕切り部材１の先端位置が接線Ｃ２より現像スリーブ１０５側に存在するため、空間３１１から空間３１０への矢印３０４のトナー供給は充分行われており、ベタ黒連続印宇においても充分、現像スリーブ１０５上にトナー供給できていることがわかった。
【００７４】
（ウ）の位置でのトナー循環を、図６（ｃ）に示す。この位置では（イ）位置のときよりも、上部からのトナーが落下しやすい状況がある。さらに、アンテナ部材１０８と仕切り部材１との間隔が広まったことにより、矢印３０３のトナーの流れ、又は空間３１０から空間３１１へと循環していく矢印３０５の流れが（イ）位置よりも分散して弱くなることでトナー流れ込み抑制効果が弱くなり、空間３１１からのトナー供給がやや多くなってしまい、現像スリーブ１０５上での微粉量が（イ）位置よりも若干増加したものとわかった。
【００７５】
（エ）の位置でのトナー循環を、図６（ｄ）に示す。この位置では（ウ）位置よりもさらにトナーが落下しやすいことと、トナー流れ込み抑制効果のある矢印３０５及び矢印３０３の流れがさらに弱まったため、アンテナ部材１０８と撹拌部材１３０との間への矢印５のトナーの流れ込みが増加していた。このため、空間３１１からのトナー供給が多くなってしまい、現像スリーブ１０５上での微粉量も増加してしまったものとわかった。
【００７６】
しかしながら、（エ）位置では、空間３１１から空間３１０への矢印３０４のトナー供給は充分、行われており、ベタ黒連続印字においても充分、現像スリーブ１０５上にトナー供給できていることがわかった。
【００７７】
以上の検討結果から、仕切り部材１を現像容器１０４上部から設け、しかも、仕切り部材１の先端１ａの位置を接線Ｃ１と接線Ｃ２とに挟まれた領域Ｘに存在させることにより、アンテナ部材１０８と撹拌部材１３０との間への大量のトナーの流れ込みを抑制して、現像スリーブ１０５上の微粉量増加を防ぐことができるので、初期濃度薄に対し効果を有し、かつ、現像スリーブ１０５ヘのトナー供給も問題ない現像装置１を得ることが可能となる。
【００７８】
以上のような例のとおり、仕切り部材１の最適位置を求めることができる。
【００７９】
つづいて、攪拌部材７の作用効果について詳述する。
【００８０】
『撹拌部材７の作用効果』
図２は、撹拌部材７の詳細図である。同図において、剛体からなる剛体棒（撹拌支持部材）７ａに、弾性シート７ｂの基端部Ａが固定されており、剛体棒７ａの軸に設けられた回転軸を中心に回転する構成を有している。
【００８１】
図３（ａ）と図３（ｂ）とは、撹拌部材７の作用を説明した図である。図３（ａ）は、初期の状態で、トナー（現像剤）１０９が大量に現像容器１０４内に入っているため、現像容器１０４内のトナーからの負荷により、弾性シート７ｂが回転方向に対して後方に湾曲し、現像スリーブ１０５側へのトナーの供給が抑えられているようすを示す。これに対し、図３（ｂ）は、トナー１０９が少なくなったときの状態で、トナーによる負荷が軽減されたため、弾性シート７ｂがほぼ元の状態に戻り、現像容器１０４底部のトナーを搬送することが可能となるようすを示す。
【００８２】
本発明においては、上述の作用を実現できる弾性力が得られるように、上述の弾性シート７ｂの厚みを適宜な値に設定するようにした。
【００８３】
本発明における、弾性シート７ｂの厚みの最適値の求め方の一例を以下に示す。
【００８４】
実験においては、弾性シート７ｂの厚みを変えたときの初期濃度薄の効果（実験２）と、厚みを薄くしたことで予想される弊害である、使用末期のトナー白抜け時の現像容器１０４内のトナー残量の増加（実験３）について調べた。
【００８５】
詳細な実験内容は以下のとおりである。
【００８６】
［実験２］
（実験条件）
以下に示す以外は、先に述べた実験１と同じ。
【００８７】
仕切り部材１の先端１ａの位置：（イ）と（ウ）のほぼ中間位置。
【００８８】
［実験３］
（実験条件）
以下に示す以外は、先に述べた実験１と同じ。
【００８９】
環境：温度３２．５℃、湿度８０％
（実験方法）
１．以下に記す攪拌部材７を組み込んだ現像装置８において、印字率４％程度の画像を出してトナーを消費させる。
２．現像スリーブ１０５上にトナーがコートしなくなり、画像に不良「抜け」が発生した時点でそのときの現像容器１０４内のトナー残量を測定する。
【００９０】
以上の実験を幾つかの比較例も交えて行った。
【００９１】
実施例ａ：仕切り部材１＋攪拌部材７
（弾性シート７ｂが厚み１００μｍのＰＥＴ）
比較例ａ：仕切り部材１＋攪拌部材７
（弾性シート７ｂが厚み５０μｍのＰＥＴ）
比較例ｂ：仕切り部材１＋攪拌部材７
（弾性シート７ｂが厚み１５０μｍのＰＥＴ）
比較例ｃ：仕切り部材１＋攪拌部材１４０（図１２、図１７参照）
図１９に、上述の実験における結果をまとめた。
【００９２】
以上の結果より、ＰＥＴの厚みが薄くなるほど濃度アップ効果は高いが、反面トナー残量が増加するという弊害が出る。本実験結果においては、トータルの性能の面から、１００μｍの厚みが最も適切であった。
【００９３】
なお、弾性シート７ｂの曲がり方を観察すると、最大回転直径３５mmに対して、トナーによる負荷で最も曲がったときの撹拌部材回転軌跡直径が、５０μｍ時が２０mm前後（約５７％）、１００μｍが２８mm前後（約８０％）、１５０μｍが３１mm前後（約８８％）であった。弾性が弱いものほど曲がり量が多いため、搬送力が低下しているものと思われる。
【００９４】
また、比較例ｃも濃度が出て、かつトナー残量が増加する弊害もない系であるが、初期の濃度アップ効果は、本発明の方が高い。それは、本発明の撹拌部材７の方が、クランク型の撹拌部材１４０よりも、初期のトナー搬送能力が低いため、現像スリーブ１０５側へのトナー流入をより効果的に防止するためである。
【００９５】
上述の、本発明で使用した攪拌部材７によると、初期でトナー量が多いときにはトナー搬送能力を弱めることができる一方、使用時後半のトナー搬送能力が求められるときには、十分なトナー搬送能力を得ることができる。
【００９６】
なお、本実施の形態では仕切り部材１の最適構成や、弾性シート７ｂの最適弾性を求める上での一例を示したのであって、他の現像系においては、本実施の形態に限定されることなく、その系に適した仕切り部材を設けることで対応してもよいのはもちろんである。
【００９７】
上述において、攪拌部材７の弾性シート７ｂは、材質としてＰＥＴを使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、同様の弾性特性をもつように厚みを選定した他の材料を用いてもほぼ同様な効果を得ることができる。
【００９８】
〈実施の形態２〉
本実施の形態の特徴は、上述の実施の形態１で説明した現像装置を、感光ドラム、クリーニング装置、帯電ローラ（帯電装置）とともに一体型のカートリッジ容器内に設けてプロセスカートリッジを構成し、このプロセスカートリッジを装置本体に対して着脱自在に装着することにある。
【００９９】
図７は、プロセスカートリッジＰＣの一例を示す縦断面図であり、また、図８は、このプロセスカートリッジＰＣを画像形成装置の装置本体１０１に装着したようすを示す縦断面図である。いずれも上述の実施の形態１で述べたものと同じ構成のものには同符号を付してその重複説明は省略する。
【０１００】
本実施の形態では、現像装置８と感光ドラム１１１とクリーニング装置１１２と帯電ローラ（帯電装置）１０３とを、一体型のカートリッジ容器６によって統合してプロセスカートリッジＰＣを構成している。このプロセスカートリッジＰＣの場合は、現像装置８がトナー１０９を使い切ったときに、他の感光ドラム１１１や帯電ローラ１０３やクリーニング装置１１２もほぼ同時に寿命を迎えるよう設計されている。したがって、ユーザはプロセスカートリッジＰＣ内のトナーがある間は常に安定した画像を得ることができ、しかも一体型であるために、その交換も容易に行うことができるという利点がある。
【０１０１】
そして、プロセスカートリッジＰＣ内の現像装置８に、前述の実施の形態１で説明した仕切り部材１及び攪拌部材７を設けることで、プロセスカートリッジＰＣ本来の利点に加えて、初期から安定した濃度が得られるという利点が加わるのである。
【０１０２】
なお、上述では、プロセスカートリッジＰＣの一例として、カートリッジ容器６に対して、感光ドラム１１１、帯電ローラ１０３、現像装置８、クリーニング装置１１２の各プロセス機器を備えたものについて説明したが、本発明に係るプロセスカートリッジとしては、これに限定されるものではなく、少なくとも像担持体としての感光ドラム１１１と現像装置８とを備えていれば充分である。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、フェーディングを抑制しつつ初期濃度低下も抑制することができ、かつ、適正量のトナーを現像領域側に供給できる能力も有するため、耐久に対して安定した画像濃度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の現像装置の縦断面図。
【図２】実施の形態１で使用する攪拌部材の構成を示すほぼ正面図。
【図３】（ａ）は現像容器内のトナーが多い場合の攪拌部材の動作を示す図。
（ｂ）は現像容器内のトナーが少ない場合の攪拌部材の動作を示す図。
【図４】実施の形態１の現像装置における仕切り部材の先端の位置を説明する図。
【図５】実施の形態１の画像形成装置の縦断面図。
【図６】（ａ）は実施の形態１において、仕切り部材の先端の位置が図４中の（ア）である場合のトナーの流れを説明する図。
（ｂ）は実施の形態１において、仕切り部材の先端の位置が図４中の（イ）である場合のトナーの流れを説明する図。
（ｃ）は実施の形態１において、仕切り部材の先端の位置が図４中の（ウ）である場合のトナーの流れを説明する図。
（ｄ）は実施の形態１において、仕切り部材の先端の位置が図４中の（エ）である場合のトナーの流れを説明する図。
【図７】実施の形態２のプロセスカートリッジの縦断面図。
【図８】プロセスカートリッジを装着した状態の画像形成装置の縦断面図。
【図９】従来の画像形成装置の縦断面図。
【図１０】従来の現像装置の縦断面図。
【図１１】第２の攪拌部材の長手方向の形状を示す図。
【図１２】従来の第１の攪拌部材の長手方向の形状を示す図。
【図１３】トナーの平均粒径の違いによる、枚数と濃度との関係を示す図。
【図１４】（ａ）は、従来の現像装置内のトナーの流れを示す図。
（ｂ）は、従来の現像装置内のトナーの流れを示す図。
【図１５】感光ドラムと現像スリーブとの関係を示す図。
【図１６】トナーの微粉量とベタ黒濃度との関係を示す図。
【図１７】比較例としての現像装置の縦断面図。
【図１８】仕切り部材の先端の高さの違いによる、べた濃度、微粉量、フェーディングの違いを説明する図。
【図１９】攪拌部材を代えたときの、初期濃度、微粉量、フェーディング、白抜け時トナー残量の違いを説明する図。
【符号の説明】
１ 仕切り部材
１ａ 仕切り部材の先端
６ カートリッジ容器
７ 第１の攪拌部材
７ａ 剛体棒
７ｂ 現像剤搬送部材（弾性シート）
８ 現像装置
１０９ 現像剤（トナー）
１０４ 現像容器
１０４ａ 開口部
１０５ 現像剤担持体（現像スリーブ）
１０６ 磁界発生部材（マグネット）
１０７ａ 現像剤規制部材（弾性ブレード）
１０８ 現像剤残量検知部材（アンテナ部材）
１１１ 像担持体（感光ドラム）
１３０ 第２の攪拌部材
Ａ 弾性シートの基端部
Ｂ 弾性シートの先端部
Ｃ１ 第１の接線
Ｃ２ 第２の接線
ＰＣ プロセスカートリッジ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成に用いられる、現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に、従来の現像装置を備えた画像形成装置の一例を示す。同図は概略構成を示す縦断面図であり、同図を参照しながら、従来の画像形成装置の概略を説明する。
【０００３】
感光ドラム（像担持体）１１１は、矢印Ｒ１方向に回転駆動され、その表面が帯電ローラ（帯電装置）１０３によって一様に帯電された後、露光装置１０２による露光を受けて表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置２０８によってトナー像として現像される。感光ドラム１１１上のトナー像は、転写ローラ（転写装置）１１０によって転写材１１４上に転写される。この転写材１１４は、給紙カセット１１７に収納されていたものが、給紙ローラ１１６等によって供給されたものである。トナー像転写後の感光ドラム１１１は、転写材１１４に転写されないで表面に残ったトナーがクリーニング装置１１２のクリーニングブレード１１３によって除去されて次の画像形成に供される。一方、トナー像転写後の転写材１１４は、定着装置１１５によって表面にトナー像が定着された後、画像形成装置本体１０１外部に排出される。これにより画像形成が完了する。
【０００４】
図１０に、従来の現像装置の一例を示す。同図は、上述の図９中の現像装置２０８の拡大図である。同図を参照しながら、従来の現像装置の概略を説明する。
【０００５】
同図に示す現像装置２０８は、磁性一成分トナーを用いた現像装置である。現像スリーブ（現像剤担持体）１０５は、アルミニウムやステンレススチールのパイプから形成された非磁性スリーブであり、矢印Ｒ２方向に回転自在に支持されている。現像スリーブ１０５の内側には、Ｎ極とＳ極とが交互に複数個形成されたマグネット１０６が固定的に配置されている。現像スリーブ１０５の表面は、所望量のトナーが搬送できるように、適切な表面粗さに加工されている。この現像スリーブ１０５表面には、弾性ブレード（現像剤規制部材）１０７ａが所定の圧力で当接されている。弾性ブレード１０７ａは、例えばウレタンゴムやシリコーンゴム等によって形成されており、支持板金１０７ｂに固定されている。マグネット１０６の磁力によって現像スリーブ１０５表面に引き付けられたトナー１０９は、現像スリーブ１０５上にて担持搬送されることによる摩擦帯電、及び弾性ブレード１０７ａによって適量が規制される際の現像スリーブ１０５と弾性ブレード１０７ａ間での摺擦による摩擦帯電で、適切な電荷を与えられて現像領域へと搬送される。
【０００６】
また、現像装置２０８は、図１５に示すように、現像スリーブ１０５の両端部にコロ２０９が固定されており、コロ２０９を感光ドラム１１１に当接させることにより、現像スリーブ１０５表面と感光ドラム１１１表面との間が所定の間隔となるようにしている。現像スリーブ１０５は、一方の端部に現像スリーブギヤ２１２が固定されており、この現像スリーブギヤ２１２に、感光ドラム１１１と一体の感光ドラムギヤ２１１から伝達される駆動力によって回転駆動される。
【０００７】
このような現像装置２０８におけるトナー残量検知の手段としては、図１０に示すように、現像スリーブ１０５に対して平行に配置されたアンテナ部材１０８により、現像スリーブ−アンテナ間のトナー量の変化に伴うインピーダンスの変化を利用し、交流の現像バイアス印加電源１１８によりアンテナ部材１０８に誘起される電流変化を検知してトナー残量を推測するもの（以下「誘起電流検知手段」という。）が従来から知られている。現像バイアスを印加する電源としては、上述の交流の現像バイアス印加電源１１８の他に、直流の現像バイアス印加電源１１９も有しており、これらにより、上述の現像スリーブ１０５に交流と直流とが重畳された現像バイアスを印加するようになっている。
【０００８】
誘起電流検知手段は、図中１２０〜１２３の各部材によって構成されている。１２０は、トナーが無い状態と同等の静電容量を持つコンデンサで、この静電容量とアンテナ部材１０８から検出された静電容量とを、それぞれダイオード１２１、１２２を介した後、コンパレータ１２３で比較することでトナー有無を判断する。
【０００９】
トナー残量検知を行う場合、現像容器１０４内部の長手方向に配置されたアンテナ部材１０８は、トナーの動きを妨げる作用をもたらすことがある。特にアンテナ部材１０８の下部は、現像容器１０４下部とアンテナ部材１０８との間にトナーの壁が形成されやすいため、攪拌部材１３０を設け、トナーをほぐしながら、現像スリーブ１０５へのトナー供給をスムーズにする方法が従来用いられてきた。
【００１０】
攪拌部材１３０としては、図１１に示すような、クランク形の棒部材が用いられ、その両端部を回転中心とし、図１０中の矢印Ｒ３方向に回転させて用いる方法が従来からある。
【００１１】
また、攪拌部材１４０が現像容器１０４内のトナーをほぐし、かつ、攪拌部材１３０にトナーを受け渡すべく、配置されている。攪拌部材１４０は、図１２に示すように、攪拌部材１３０と同様のクランク形の棒部材であり、その両端部を回転中心とし、図１０中の矢印Ｒ４方向に回転させて用いている。攪拌部材１３０及び攪拌部材１４０を回転させるための駆動力は、例えば、上述の現像スリーブギヤ２１２（図１５参照）からギヤ列で適当な回転速度に落とすことで利用するのが一般的である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、レーザビームによって露光を行うデジタル方式の画像形成装置においての、１ドット再現性の向上を目的としたトナーの小粒径化に伴い、上述構成の現像装置２０８の使用開始からしばらくの間、画像濃度が薄くなる傾向が見られるようになってきた。
【００１３】
図１３は、トナー平均（中心）粒径の違いによる、初期の画像濃度推移を表した図である。平均粒径が６μｍと８μｍのいずれも初期の濃度は薄い傾向があるが、平均粒径が小さい６μｍの方がより顕著となる。初期濃度薄のレベルについては、平均粒径が８μｍ以上の場合には、濃度１．４以上と問題になる程のレベルではないが、それ未満の平均粒径のトナーを用いる場合には、改善する方が望ましいレベルになると考えられる。
【００１４】
本出願人らの検討によれば、この濃度低下の原因は、図１６に示すように、トナー中の比較的粒径の小さな微粉量と初期のべた黒濃度（濃度測定は、マクベス反射濃度計（マクベス社製）を用いた）には相関関係があり、微粒量が多いほど濃度薄になることがわかった。すなわち、初期においては、使い始めの時期に現像装置２０８内のトナー中の比較的粒径の小さなものが現像スリーブ１０５近傍に集まる傾向があり、これによって現像スリーブ１０５上にコートされたトナーのトリボ分布がブロード化（現像するのに最適なトリボを持ったトナーの割合が減少する）し、現像能力が低下していることがわかった。そして、小さい粒径のトナーの存在が問題となるため、当然、トナーの平均粒径が小さくなる程、顕著に現れやすくなる現象でもある。さらに、本現象は、トナー消費が少ないパターンを印字し続けるほど顕著になる（例えばべた白を続けて印字した直後のべた黒はより薄くなる）こともわかった。これはトナー消費が少ないほど、現像スリーブ１０５近傍の微粉量が増加していくためである。
【００１５】
図１４（ａ）は、従来のクランク形の攪拌部材１３０を用いた現像装置２０８内のトナーの動きを表した図である。同図において、現像容器１０４側からの新しいトナーの供給は、矢印４のように攪拌部材１３０の下方を経由して行われるものと、図１４（ｂ）に示すようにトナーの自重作用により矢印５のように攪拌部材１３０とアンテナ部材１０８との間に流れ込んで行われるものとがある。矢印４、５の流れで現像スリーブ１０５近傍に流れたトナーは、現像スリーブ１０５内部のマグネット１０６の磁力によって引き付けられた後、弾性ブレード１０７で現像スリーブ１０５上コートされることになるが、コートされたもの以外は、矢印２又は矢印３の方向に循環していく。この循環はトナーのトリボ付与に寄与している。そして出願人らの検討によれば、これら矢印４、５の大量なトナーの流れが初期濃度薄発生の原因となっていることもわかった。つまり、初期濃度薄いの防止には、初期時に大量のトナーが現像スリーブ１０５近傍に流入することを防ぐ構成を有するか、又は大量の流入を起こしても、濃度低下を招かないトナーでの対策が必要と考えられる。
【００１６】
トナーでの対策としては、トナーの粒径を揃える（微粉側を製造時にカットする）ことが考えられるが、トナー製造時の歩留まりが非常に悪化し、高コストを招くため、現実的な手段になり得ない。
【００１７】
また、特許番号第２６８２００３号では、現像装置内のトナー収容槽内の現像スリーブ側に、現像装置内下側に仕切り部材を設け、その仕切り部材と現像スリーブ間にあるトナー収容槽内の小室に、攪拌部材によってトナーを補給する補給室を設ける構成を有し、その小室内のトナーから優先的に現像させることにより、均一な粒径のトナーを安定して供給する提案がなされている。
【００１８】
しかしながら、下側からの壁を乗り越えるだけのトナー搬送力が求められるため、攪拌構成に対する性能要求が厳しく、コストアップを招きやすい。また、現像スリーブ１０５の回転中心より現像容器１０４の重心が上部に位置する系においては、図１４（ａ）、（ｂ）による矢印４、５からのトナー流入は抑制することができるものの、攪拌部材として、回転トルクが軽くコストのかからない攪拌部材１４０を使用する場合や、攪拌部材を持たずにトナーの自重落下のみでトナー供給を行う場合においては、上述の小室内へのトナーの絶対供給量が不足しやすく、現像スリーブ１０５へのトナー供給が不安定になり、現像容器１０４中にトナーが大量にあるにもかかわらず、画像上白抜けを発生させる可能性があった。
【００１９】
また、特開平１０−１０４９４３号公報では、トナー層規制部材の極近傍に、現像室の上壁部から下方に向かって防御壁を、トナー層規制部材と同程度突出させるという提案があるが、この構成においても、図１４（ｂ）に示す矢印５のトナーの流れ込みを抑制することができず、初期濃度薄を防止することができない。
【００２０】
さらには、初期のみ攪拌部材の動きを止めることも、現像スリーブ近傍へのトナー流入を防止する効果は高いが、装置構成が複雑になり、コストアップを招くという問題がある。
【００２１】
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであり、現像剤担持体に対するトナーの供給量過多に起因する初期濃度薄の防止と、現像剤担持体に対するトナーの供給量不足に起因する白抜け画像の防止とを両立させるようにした、現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１の発明は、画像形成装置の装置本体内に設けられる現像装置であって、現像剤を収納するとともに前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態でその前側の下部に開口部を有する現像容器と、前記現像剤を担持する、前記開口部に回転自在に配置された現像剤担持体と、前記現像容器内に収納された前記現像剤の残量を検知する、前記現像容器内で前記現像剤担持体の長手方向に平行に配置された現像剤残量検知部材と、前記現像容器内に収納された前記現像剤を攪拌する、前記現像容器内に配置された第１の攪拌部材および第２の攪拌部材と、を備えた現像装置において、前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で前記現像剤残量検知部材を前記現像剤担持体の後方における斜め上方に配置し、前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で前記第１の攪拌部材を前記現像剤残量検知部材の後方における斜め上方に回転自在に配置し、前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で前記第２の攪拌部材を前記現像剤残量検知部材の斜め下方、かつ、前記第１の攪拌部材の前方における斜め下方に回転自在に配置し、前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で前記現像容器の上部内側から前記現像剤残量検知部材と前記第１の攪拌部材との間に向けて仕切り部材を突設し、前記現像剤残量検知部材における前側の鉛直方向の接線を第１の接線として、前記第２の攪拌部材の回転軌跡における後側の鉛直方向の接線を第２の接線としたときに、前記仕切り部材の先端を、前記第１の接線と前記第２の接線との間に配置することにより、前記現像剤が自重によって前記現像剤残量検知部材と前記第２の攪拌部材との間の領域を通過して前記現像剤担持体の設けられた方向へ移動するのを抑制するように構成し、前記現像容器内に存在する前記現像剤の残量が多いとき程、前記領域に搬送される前記現像剤の量が少なくなるように、前記第１の攪拌部材が、前記現像剤担持体の回転軸と平行な回転軸を有する剛体棒と、前記剛体棒に基端部が固定され先端部が自由端である弾性シートとを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項２の発明は、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在なカートリッジ容器に、少なくとも像担持体と現像装置とを組み込んで構成したプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置が、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する請求項１に記載の現像装置であることを特徴とする。
【００２４】
請求項３の発明は、像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置と、を備えた画像形成装置において、前記現像装置が、請求項１に記載の現像装置であることを特徴とする。
【００２５】
請求項４の発明は、転写材に画像形成する装置本体と、該装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジとを備えた画像形成装置において、前記プロセスカートリッジが、請求項２に記載のプロセスカートリッジであることを特徴とする。
【００２６】
請求項５の発明は、現像容器の前側の下部の開口部に配置され、現像剤を表面に保持して現像を行う円筒状の現像剤担持体と、前記現像剤担持体と平行に配置されて回転することにより前記現像剤担持体へ現像剤を送り込む第２の攪拌部材と、前記攪拌部材の回転軌跡の上方にその回転軌跡が一部重なる位置関係で配置されて回転することにより前記現像容器の底部の現像剤を前記第２の攪拌部材に送り込む第１の攪拌部材とを備えた現像装置であって、前記第１の攪拌部材の回転軌跡と前記第２の攪拌部材の回転軌跡とを仕切る仕切り部材を前記第２の攪拌部材の回転軌跡の上方に配置し、前記仕切り部材の下縁は、前記第２の攪拌部材の回転軌跡における前側の鉛直方向の接線と後側の鉛直方向の接線との間に位置し、前記第１の攪拌部材は、その回転軸としての剛体棒に基端部が固定された弾性シートを有し、前記現像容器内に存在する前記現像剤の残量が多いとき程、前記第２の攪拌部材に送り込まれる前記現像剤の量が少なくなるように前記弾性シートの厚みが選択されていることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
〈実施の形態１〉
図１に、本発明に係る現像装置の一例を示す。同図は、現像装置の概略構成を示す縦断面図である。また、図５に、この現像装置を備えた、本発明に係る画像形成装置の一例を示す。同図は、画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【００３０】
まず、図５を参照しながら、画像形成装置全体について説明し、つづいて、図１を参照しながら定着装置について詳述する。
【００３１】
図５に示す画像形成装置は、プリンタエンジンとしての画像形成装置本体（以下単に「装置本体」という。）１０１を備えている。
【００３２】
装置本体１０１の内側には、像担持体としてドラム形の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１１１を備えている。感光ドラム１１１は、前述の図１５に示すように、長手方向（軸方向）の一方の端部に感光ドラムギヤ２１１が固定されている。感光ドラム１１１は、この感光ドラムギヤ２１１に駆動手段（不図示）から駆動力が伝達されることにより、軸を中心に図５中の矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。
【００３３】
感光ドラム１１１は、その表面が帯電装置としての帯電ローラ１０３によって帯電される。帯電ローラ１０３は、感光ドラム１１１表面に接触配置されており、感光ドラム１１１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って矢印Ｒ５方向に従動回転する。帯電ローラ１０３には、帯電バイアス印加電源（不図示）によって、例えば交流電圧と直流電圧とが重畳された帯電バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１１１表面が所定の極性、所定の電位に均一に帯電される。
【００３４】
帯電後の感光ドラム１１１表面は、露光装置１０２によって静電潜像が形成される。露光装置１０２は、レーザスキャナ１０２ａ、ポリゴンミラー（不図示）、反射レンズ１０２ｂ等を有しており、画像情報に基づいたレーザ光を感光ドラム１１１表面に照射して照射部分の電荷を除去し、静電潜像を形成するものである。
【００３５】
こうして感光ドラム１１１表面に形成された静電潜像は、本発明に係る現像装置８によってトナーが付着され、トナー像として現像される。なお、現像装置８については、後に詳述する。
【００３６】
感光ドラム１１１表面に形成されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ１１０によって転写材１１４上に転写される。転写ローラ１１０は、感光ドラム１１１表面に圧接されて転写ニップ部を構成し、感光ドラム１１１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って矢印Ｒ６方向に従動回転する。この転写ニップ部によって転写材１１４を挟持搬送する。この転写材１１４は、給紙カセット１１７に収納され給紙ローラ１１６やレジストローラ（不図示）等によって感光ドラム１１１上のトナー像と同期をとって転写ニップ部に供給されたものである。転写材１１４の挟持搬送と同時に、転写ローラ１１０に、転写バイアス印加電源（不図示）によって感光ドラム１１１上のトナー像と逆極性の転写バイアスが印加され、これにより、感光ドラム１１１上のトナー像が転写材１１４上に転写される。
【００３７】
感光ドラム１１１は、転写材１１４に対するトナー像の転写後に表面に残ったトナーがクリーニング装置１１２のクリーニングブレード１１３によって除去され、次の画像形成に供される。
【００３８】
一方、トナー像転写後の転写材１１４は、定着装置１１５に搬送され、定着ローラ１１５ａ、加圧ローラ１１５ｂによる加熱、加圧を受けて、表面のトナー像が定着される。
【００３９】
トナー像定着後の転写材１１４は、装置本体１０１外部に排出され、これにより、画像形成が完了する。
【００４０】
つづいて、図１を中心に、本発明に係る現像装置８について詳述する。
【００４１】
同図に示す現像装置８は、磁性一成分トナーを用いた現像装置であり、内部にトナーを収納する現像容器１０４を備えている。現像容器１０４は、前側の下部に開口部１０４ａを有し、ここに現像剤担持体としての現像スリーブ１０５が配設されている。なお、以下の説明では、現像装置８における感光ドラム１１１に対向する側（図１中の左側）を前側、また、感光ドラム１１１から遠い側を後ろ側（図１中の右側）というものとする。
【００４２】
現像スリーブ１０５は、アルミニウムやステンレススチールのパイプによって形成された非磁性スリーブであり、現像容器１０４によって矢印Ｒ２方向に回転自在に支持されている。現像スリーブ１０５は、その長手方向（軸方向）の両端部に、図１５で説明したように、コロ２０９が固定されており、これらコロ２０９を感光ドラム１１１に当接させることにより、感光ドラム１１１表面との間に所定のギャップ（間隙）を確保するようにしている。現像スリーブ１０５の一方の端部には、現像スリーブギヤ２１２が固定されており、この現像スリーブギヤ２１２に、前述の感光ドラムギヤ２１１から駆動力が伝達され、これにより、現像スリーブ１０５は、矢印Ｒ２方向に回転駆動される。現像スリーブ１０５の表面は、所望量のトナーを担持し搬送することができるように、適切な表面粗さに加工されている。また、現像スリーブ１０５の内側には、マグネット１０６が配設されている。
【００４３】
マグネット１０６は、円筒状に形成されており、その周方向にＮ極とＳ極とが交互に複数個形成されている。マグネット１０６は、現像スリーブ１０５が矢印Ｒ２方向に回転するのとは異なり、現像スリーブ１０５の内側に固定的に配置されている。
【００４４】
上述の現像スリーブ１０５表面には、現像剤規制部材としての弾性ブレード１０７が当接されている。弾性ブレード１０７ａは、例えばウレタンゴムやシリコーンゴム等によって板状に形成されたものであり、その基端部が支持板金１０７ｂに固定されるとともに、その先端部を現像スリーブ１０５表面に所定の圧力で当接させて弾性変形している。弾性ブレード１０７ａは、上述のマグネット１０６の磁力によって現像スリーブ１０５表面に引き付けられたトナー１０９の層厚を規制するものである。現像スリーブ１０５表面に担持されたトナーは、現像スリーブ１０５の矢印Ｒ２方向の回転によって搬送されることによるトナー相互の摩擦帯電、及び弾性ブレード１０７ａによって層厚が規制される際の現像スリーブ１０５と弾性ブレード１０７ａ間での摺擦による摩擦帯電により、適切な電荷が付与され、さらに、感光ドラム１１１表面に対向する現像領域へと搬送されていく。このとき、現像スリーブ１０５には、図１０で前述したように、交流の現像バイアス印加電源１１８（図と直流の現像バイアス印加電源１１９とによって、交流と直流とが重畳された現像バイアスが摺動接点（不図示）を介して印加される。これにより、現像スリーブ１０５上のトナーが、現像領域において、感光ドラム１１１に飛翔して静電的に静電潜像に付着され、静電潜像をトナー像として現像するものである。
【００４５】
上述構成の現像装置８におけるトナー残量検知の手段としては、図１０で前述したように、現像スリーブ１０５に対して平行に配置されたアンテナ部材１０８により、現像スリーブ−アンテナ間のトナー量の変化に伴うインピーダンスの変化を利用し、交流の現像バイアス印加電源１１８によりアンテナ部材１０８に誘起される電流変化を検知してトナー残量を推測するようにしている。この誘起電流検知手段は、符号１２０〜１２３の各部材によって構成されている。１２０は、トナーが無い状態と同等の静電容量を持つコンデンサで、この静電容量とアンテナ部材１０８から検出された静電容量とを、それぞれダイオード１２１、１２２を介した後、コンパレータ１２３で比較することでトナー有無を判断する。
【００４６】
トナー残量検知を行う場合、現像容器１０４内部の長手方向に配置されたアンテナ部材１０８は、トナーの動きを妨げる作用をもたらすことがある。特にアンテナ部材１０８の下部は、現像容器１０４下部とアンテナ部材１０８との間にトナーの壁が形成されやすいため、第２の攪拌部材１３０を設け、トナーをほぐしながら、現像スリーブ１０５へのトナー供給をスムーズにするようにしている。
【００４７】
第２の攪拌部材１３０としては、前述したように、図１１に示すような、クランク形の棒部材が用いられ、その両端部を回転中心とし、図１中の矢印Ｒ３方向に回転させる。また、第１の攪拌部材７が現像容器１０４内のトナーをほぐし、かつ、第２の攪拌部材１３０にトナーを受け渡すべく、配置されている。第１の攪拌部材７は、図２に示すように、現像スリーブ１０５の回転中心と平行な回転中心を有する剛体棒７ａと、この剛体棒７ａに基端部Ａが固定され、先端部Ｂが自由端となった弾性シート（現像剤搬送部材）７ｂとによって構成されている。第２の攪拌部材１３０及び第１の攪拌部材７を回転させるための駆動力は、例えば、上述の現像スリーブギヤ２１２（図１５参照）からギヤ列で適当な回転速度に落とすことで利用するのが一般的である。
【００４８】
次に、本実施の形態における現像装置８の構成部材の一例を、具体的な数値をあげながら詳述する。
【００４９】
現像スリーブ１０５は、直径１６mmの非磁性アルミスリーブである。現像スリーブ１０５の表面は、トナーの搬送及びトリボ付与を行うために導電性粒子を含有する樹脂層でコートされており、表面粗さがＪＩＳ規格のＲａで、通常、平均０．４〜３．５μｍとなるように形成されている。本実施の形態では平均Ｒａ０．９５μｍのものを用いた。
【００５０】
マグネット１０６としては、その周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された４極のマグネットロールが使用され、現像スリーブ１０５の内部に固定的に配置されている。
【００５１】
弾性ブレード１０７ａとしては、ＪＩＳ硬度４０゜程度のシリコーンゴムを現像スリーブ１０５表面に対して当接力が２０〜４０gf／cm（現像スリーブ１０５の長手方向についての１cm当たりの当接荷重）となるように当接されている。
【００５２】
トナーは負帯電性の磁性一成分トナーが用いられる。成分としては、結着樹脂としてスチレンｎ−ブチルアクリレート共重合体１００重量部に、磁性体粒子８０重量部、モノアゾ系鉄錯体の負荷電制御剤２部、ワックスとして低分子量ポリプロピレン３部を１４０℃に加熱された２軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物を風力分級して、重量平均径５．０μｍの分級粉を得る。平均粒径５．０μｍの分級品に疎水性シリカ微粉体１．０重量部をヘンシェルミキサーで混合し、現像剤を得る。そして、重量平均粒径が３．５〜７．０μｍの範囲（主に６μｍ程度）のものが用いられる。このようなトナーを、上述構成の現像装置８に使用した場合、現像スリーブ１０５上のトナーのコート量は、０．５〜２．０mg／cm2 程度になる。
【００５３】
ここで、重量平均粒径について説明する。
【００５４】
測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−II型（コールタ−社製）を用い、電解液は１級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調整する。測定方法としては、上述の電解液水溶液１００〜１５０ml中に分散剤として界面活性剤を０．１〜０．５ml加え、さらに、測定試料を２〜２０ml加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で分散処理を行い、上述のコールターカウンターにより、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、個数を基準として粒度分布を測定する。これにより、重量平均粒径が求められる。
【００５５】
また、現像容器１０４は、現像スリーブ１０５の回転中心１０５ａに対し、鉛直方向斜め上方に位置している。このため、現像容器１０４中のトナーの重心Ｇ（初期のトナー満載時の重心）が現像スリーブ１０５に対し鉛直方向斜め上方に位置し、重力を有効に利用してトナーを現像スリーブ１０５近傍に搬送しやすく、また、攪拌部材７のトルクも小さくすることができる。したがって、本実施の形態で用いるような簡略な構成でも充分に搬送可能となる。現像容器１０４中のトナーの重心Ｇの現像スリーブ１０５回転中心１０５ａに対する角度αは水平を基準として５〜７０度ほどであれば、トナーを現像スリーブ１０５近傍に搬送することは可能であるが、本実施の形態においては、初期のトナー満載時の重心Ｇが図１で示す位置に存在し、現像スリーブ１０５の回転中心１０５ａに対し、斜め４０゜上方に位置するようにしている。
【００５６】
現像容器１０４内の上部からは、仕切り部材１が設けられており、また、現像容器１０４の後部に、前述の第１の攪拌部材７が設けられている。
【００５７】
上述の現像スリーブ１０５に印加される現像バイアスは、例えば感光ドラム１１１と現像スリーブ１０５との間のギャップが３００μｍ程度であった場合、直流電圧：−５５０Ｖと、交流電圧：矩形波ＶPP＝１６００Ｖ、周波数２２００Hzとを印加する。
【００５８】
なお、感光ドラム１１１表面は、帯電ローラ１０３によって、暗部電位ＶD ＝−６００Ｖに帯電され、その後のレーザ露光により露光部の電位、つまり明部電位ＶL が−１５０Ｖとなるようにした。これにより感光ドラム１１１表面のうちの明部電位ＶL の部分に、上述の負帯性のトナーを付着させる、いわゆる反転現像を行った。
【００５９】
次に、本実施の形態の特徴である初期濃度薄防止手段について詳述する。
【００６０】
本実施の形態では、現像容器１０４の内部の現像スリーブ１０５側に、現像容器１０４の上部から斜め下方に向けて仕切り部材１を設け、かつ、初期でトナー量が多いときにはトナーの搬送能力を弱める第１の攪拌部材７との相乗効果により、トナーの現像スリーブ１０５近傍への大量の流れ込みを防止しているのが大きな特徴である。
【００６１】
以下に、仕切り部材１と第１の攪拌部材７の作用効果について詳細に述べる。
【００６２】
『仕切り板１の作用効果』
初期濃度薄は、前述したように、図１４に示す矢印５や矢印４のトナーの流れ込みが原因であるが、特にアンテナ部材１０８と撹枠部材１３０上部からのトナー落下による矢印５の寄与率が高い。そのため、このトナー落下を防ぐべく、図４に示すように、現像容器１０４内上部に仕切り部材１を設け、この仕切り部材１の先端１ａを、アンテナ部材１０８の現像スリーブ１０５側に接する鉛直方向に引かれた接線Ｃ１と、撹拌部材１３０の回転軌跡の現像スリーブ遠側に接する鉛直方向に引かれた接線Ｃ２との間に挟まれた領域Ｘ内に位置させるようにすることがより有効な手段となる。
【００６３】
以下に、仕切り部材１の最適構成を設計する上での一例である、仕切り部材１を設けた現像装置での検討結果を述べる。
【００６４】
この仕切り部材１の高さを変化させ、すなわち、図４に示すように仕切り部材１の先端１ａを位置（ア）、（イ）、（ウ）、（工）と変化させ、各位置での現像装置８の初期濃度等の現像特性を、レファレンスとして仕切り部材のない従来例であげた現像装置２０８と比較した。
【００６５】
実験においては、仕切り部材１の高さによる初期濃度薄への効果と、仕切り部材１を設けたことにより予想される弊害である現像スリーブ１０５ヘのトナー供給追従不足から生ずるフェーディングの発生に着目した。
【００６６】
詳細な実験内容は以下のとおりである。
【００６７】
［実験１］
（実験条件）
実験環境：温度２３℃、湿度６０％
画像形成装置のプロセススピード：８０mm／sec
アンテナ部材１０８の直径：２．０mm
アンテナ部材１０８下部〜撹拌部材１３０の回転中心間距離：６．０mm
撹拌部材１３０の回転軌跡円直径：６．５mm
撹拌部材１３０の回転速度：３５ｒｐｍ
撹拌部材７の構成：弾性シート７ｂとして１００μｍ厚みのＰＥＴを使用し、
回転軌跡円直径を３５．０mmとした
撹拌部材７の回転速度：１０ｒｐｍ
仕切り部材１の先端１ａの位置（ア）
：Ｘ領域外であつて、接線Ｃ２より現像スリーブ遠側
仕切り部材１の先端１ａの位置（イ）
：Ｘ領域内であって、接線Ｃ２近傍
仕切り部材１の先端１ａの位置（ウ）
：Ｘ領域内であって、接線Ｃ１近傍
仕切り部材１の先端１ａの位置（工）
：Ｘ領域外であって、接線Ｃ１より現像スリーブ近側
（実験方法）
１．仕切り部材１の高さを変化させた各位置での現像装置において、まず、ベタ白画像を１０枚出す（出力する）。目的は、現像スリーブ１０５近傍の微粉量を増やし、濃度薄を顕著にするためである。
２．ベタ黒を１枚出し、画像濃度を測定する。目的は、初期濃度薄に対する効果確認のためである。濃度測定は、マクベス反射濃度計（マクベス社製）を用いた。
３．再度、ベタ白画像を１０枚出した後、現像スリーブ１０５上のトナーサンプルを採取し、その中の微粉量を測定する。目的は、濃度薄の直接的原因となっている微粉量の量で、効果の判断を行うためである。トナーの粒径測定は、コールタールマルチライザー（コールタール社製）を用い、３．２μｍ以下の粒径のものを微粉と判断し、その割合を計算する。なお、本実験で用いたトナーでは、製造時の段階での３．２μｍ以下の微粉量の含有率は約１３％であった。
４．その後、ベタ黒を３０枚出し、フェーディング発生の有無、及びその程度をサンプルを見て判断する。
【００６８】
図１８に、上述の実験における結果をまとめた。
【００６９】
同図から、仕切り部材１の先端１ａの各位置と濃度との関係は、（ア）、（イ）はともに大きな効果があり、その効果もほぼ同等であった。現像スリーブ１０５上の微粉量も（ア）、（イ）では製造時の含有率の約１３％に近い値になっている。（ウ）の位置においては、微粉量が増加した分、濃度が若干低くなったが、効果は認められる領域である。（エ）の位置においては、濃度、微粉量ともにレファレンスに近くなるが、撹拌部材７の作用により、レファレンス（仕切り部材の無い状態）よりはレベルが良い。
【００７０】
仕切り部材１の先端１ａの各位置とフェーディングとの関係は、（ア）の位置で発生しており、（イ）、（ウ）、（エ）の位置においての発生はなかった。
【００７１】
次に、（ア）、（イ）、（ウ）、（エ）の各位置でのトナー循環を観察した。
【００７２】
（ア）の位置でのトナー循環は、図６（ａ）に示すように、仕切り部材１から現像スリーブ１０５側の空間３１０でトナーが矢印３０１→３０２→３０３へと大きな循環があり、また、若干ではあるが、空間３１０から空間３１１へと流れていく矢印３０５の循環もあった。また、（ア）の位置の仕切り部材１の先端位置が、接線Ｃ２から現像容器後方側にあるため、図１４（ｂ）に示す、矢印５のようなアンテナ部材１０８と撹拌部材１３０との間へのトナーの流れ込みを防止していた。このため、現像スリーブ１０５上での微粉量増加を防止していることがわかった。しかしながら、仕切り部材１から撹拌部材７側の空間３１１から空間３１０への開口面積が小さいため、ベタ黒連続印字の際のトナー供給が間に合わなくなり、フェーディングを発生させたものとわかった。
【００７３】
（イ）の位置でのトナー循環を、図６（ｂ）に示す。（イ）の位置の仕切り部材１の先端位置は、領域Ｘを十分に覆っているため、図１４（ｂ）での、矢印５のようなアンテナ部材１０８と撹拌部材１３０との間へのトナーの流れ込みを大きく抑制している。また、空間３１０において、トナーが矢印３０１→３０２へと循環し、その後、撹拌部材１３０側へ流れていく矢印３０３の流れと、空間３１１へと流れていく矢印３０５の流れもあり、これらの流れも上部からのトナー落下を抑制する作用があることもわかった。このため、（ア）の位置同様（イ）の位置においても、このことで必要以上の、空間３１１からのトナー供給がされないため、現像スリーブ１０５上での微粉量増加を防止していることがわかった。さらには、仕切り部材１の先端位置が接線Ｃ２より現像スリーブ１０５側に存在するため、空間３１１から空間３１０への矢印３０４のトナー供給は充分行われており、ベタ黒連続印宇においても充分、現像スリーブ１０５上にトナー供給できていることがわかった。
【００７４】
（ウ）の位置でのトナー循環を、図６（ｃ）に示す。この位置では（イ）位置のときよりも、上部からのトナーが落下しやすい状況がある。さらに、アンテナ部材１０８と仕切り部材１との間隔が広まったことにより、矢印３０３のトナーの流れ、又は空間３１０から空間３１１へと循環していく矢印３０５の流れが（イ）位置よりも分散して弱くなることでトナー流れ込み抑制効果が弱くなり、空間３１１からのトナー供給がやや多くなってしまい、現像スリーブ１０５上での微粉量が（イ）位置よりも若干増加したものとわかった。
【００７５】
（エ）の位置でのトナー循環を、図６（ｄ）に示す。この位置では（ウ）位置よりもさらにトナーが落下しやすいことと、トナー流れ込み抑制効果のある矢印３０５及び矢印３０３の流れがさらに弱まったため、アンテナ部材１０８と撹拌部材１３０との間への矢印５のトナーの流れ込みが増加していた。このため、空間３１１からのトナー供給が多くなってしまい、現像スリーブ１０５上での微粉量も増加してしまったものとわかった。
【００７６】
しかしながら、（エ）位置では、空間３１１から空間３１０への矢印３０４のトナー供給は充分、行われており、ベタ黒連続印字においても充分、現像スリーブ１０５上にトナー供給できていることがわかった。
【００７７】
以上の検討結果から、仕切り部材１を現像容器１０４上部から設け、しかも、仕切り部材１の先端１ａの位置を接線Ｃ１と接線Ｃ２とに挟まれた領域Ｘに存在させることにより、アンテナ部材１０８と撹拌部材１３０との間への大量のトナーの流れ込みを抑制して、現像スリーブ１０５上の微粉量増加を防ぐことができるので、初期濃度薄に対し効果を有し、かつ、現像スリーブ１０５ヘのトナー供給も問題ない現像装置１を得ることが可能となる。
【００７８】
以上のような例のとおり、仕切り部材１の最適位置を求めることができる。
【００７９】
つづいて、攪拌部材７の作用効果について詳述する。
【００８０】
『撹拌部材７の作用効果』
図２は、撹拌部材７の詳細図である。同図において、剛体からなる剛体棒（撹拌支持部材）７ａに、弾性シート７ｂの基端部Ａが固定されており、剛体棒７ａの軸に設けられた回転軸を中心に回転する構成を有している。
【００８１】
図３（ａ）と図３（ｂ）とは、撹拌部材７の作用を説明した図である。図３（ａ）は、初期の状態で、トナー（現像剤）１０９が大量に現像容器１０４内に入っているため、現像容器１０４内のトナーからの負荷により、弾性シート７ｂが回転方向に対して後方に湾曲し、現像スリーブ１０５側へのトナーの供給が抑えられているようすを示す。これに対し、図３（ｂ）は、トナー１０９が少なくなったときの状態で、トナーによる負荷が軽減されたため、弾性シート７ｂがほぼ元の状態に戻り、現像容器１０４底部のトナーを搬送することが可能となるようすを示す。
【００８２】
本発明においては、上述の作用を実現できる弾性力が得られるように、上述の弾性シート７ｂの厚みを適宜な値に設定するようにした。
【００８３】
本発明における、弾性シート７ｂの厚みの最適値の求め方の一例を以下に示す。
【００８４】
実験においては、弾性シート７ｂの厚みを変えたときの初期濃度薄の効果（実験２）と、厚みを薄くしたことで予想される弊害である、使用末期のトナー白抜け時の現像容器１０４内のトナー残量の増加（実験３）について調べた。
【００８５】
詳細な実験内容は以下のとおりである。
【００８６】
［実験２］
（実験条件）
以下に示す以外は、先に述べた実験１と同じ。
【００８７】
仕切り部材１の先端１ａの位置：（イ）と（ウ）のほぼ中間位置。
【００８８】
［実験３］
（実験条件）
以下に示す以外は、先に述べた実験１と同じ。
【００８９】
環境：温度３２．５℃、湿度８０％
（実験方法）
１．以下に記す攪拌部材７を組み込んだ現像装置８において、印字率４％程度の画像を出してトナーを消費させる。
２．現像スリーブ１０５上にトナーがコートしなくなり、画像に不良「抜け」が発生した時点でそのときの現像容器１０４内のトナー残量を測定する。
【００９０】
以上の実験を幾つかの比較例も交えて行った。
【００９１】
実施例ａ：仕切り部材１＋攪拌部材７
（弾性シート７ｂが厚み１００μｍのＰＥＴ）
比較例ａ：仕切り部材１＋攪拌部材７
（弾性シート７ｂが厚み５０μｍのＰＥＴ）
比較例ｂ：仕切り部材１＋攪拌部材７
（弾性シート７ｂが厚み１５０μｍのＰＥＴ）
比較例ｃ：仕切り部材１＋攪拌部材１４０（図１２、図１７参照）
図１９に、上述の実験における結果をまとめた。
【００９２】
以上の結果より、ＰＥＴの厚みが薄くなるほど濃度アップ効果は高いが、反面トナー残量が増加するという弊害が出る。本実験結果においては、トータルの性能の面から、１００μｍの厚みが最も適切であった。
【００９３】
なお、弾性シート７ｂの曲がり方を観察すると、最大回転直径３５mmに対して、トナーによる負荷で最も曲がったときの撹拌部材回転軌跡直径が、５０μｍ時が２０mm前後（約５７％）、１００μｍが２８mm前後（約８０％）、１５０μｍが３１mm前後（約８８％）であった。弾性が弱いものほど曲がり量が多いため、搬送力が低下しているものと思われる。
【００９４】
また、比較例ｃも濃度が出て、かつトナー残量が増加する弊害もない系であるが、初期の濃度アップ効果は、本発明の方が高い。それは、本発明の撹拌部材７の方が、クランク型の撹拌部材１４０よりも、初期のトナー搬送能力が低いため、現像スリーブ１０５側へのトナー流入をより効果的に防止するためである。
【００９５】
上述の、本発明で使用した攪拌部材７によると、初期でトナー量が多いときにはトナー搬送能力を弱めることができる一方、使用時後半のトナー搬送能力が求められるときには、十分なトナー搬送能力を得ることができる。
【００９６】
なお、本実施の形態では仕切り部材１の最適構成や、弾性シート７ｂの最適弾性を求める上での一例を示したのであって、他の現像系においては、本実施の形態に限定されることなく、その系に適した仕切り部材を設けることで対応してもよいのはもちろんである。
【００９７】
上述において、攪拌部材７の弾性シート７ｂは、材質としてＰＥＴを使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、同様の弾性特性をもつように厚みを選定した他の材料を用いてもほぼ同様な効果を得ることができる。
【００９８】
〈実施の形態２〉
本実施の形態の特徴は、上述の実施の形態１で説明した現像装置を、感光ドラム、クリーニング装置、帯電ローラ（帯電装置）とともに一体型のカートリッジ容器内に設けてプロセスカートリッジを構成し、このプロセスカートリッジを装置本体に対して着脱自在に装着することにある。
【００９９】
図７は、プロセスカートリッジＰＣの一例を示す縦断面図であり、また、図８は、このプロセスカートリッジＰＣを画像形成装置の装置本体１０１に装着したようすを示す縦断面図である。いずれも上述の実施の形態１で述べたものと同じ構成のものには同符号を付してその重複説明は省略する。
【０１００】
本実施の形態では、現像装置８と感光ドラム１１１とクリーニング装置１１２と帯電ローラ（帯電装置）１０３とを、一体型のカートリッジ容器６によって統合してプロセスカートリッジＰＣを構成している。このプロセスカートリッジＰＣの場合は、現像装置８がトナー１０９を使い切ったときに、他の感光ドラム１１１や帯電ローラ１０３やクリーニング装置１１２もほぼ同時に寿命を迎えるよう設計されている。したがって、ユーザはプロセスカートリッジＰＣ内のトナーがある間は常に安定した画像を得ることができ、しかも一体型であるために、その交換も容易に行うことができるという利点がある。
【０１０１】
そして、プロセスカートリッジＰＣ内の現像装置８に、前述の実施の形態１で説明した仕切り部材１及び攪拌部材７を設けることで、プロセスカートリッジＰＣ本来の利点に加えて、初期から安定した濃度が得られるという利点が加わるのである。
【０１０２】
なお、上述では、プロセスカートリッジＰＣの一例として、カートリッジ容器６に対して、感光ドラム１１１、帯電ローラ１０３、現像装置８、クリーニング装置１１２の各プロセス機器を備えたものについて説明したが、本発明に係るプロセスカートリッジとしては、これに限定されるものではなく、少なくとも像担持体としての感光ドラム１１１と現像装置８とを備えていれば充分である。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、フェーディングを抑制しつつ初期濃度低下も抑制することができ、かつ、適正量のトナーを現像領域側に供給できる能力も有するため、耐久に対して安定した画像濃度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の現像装置の縦断面図。
【図２】実施の形態１で使用する攪拌部材の構成を示すほぼ正面図。
【図３】（ａ）は現像容器内のトナーが多い場合の攪拌部材の動作を示す図。
（ｂ）は現像容器内のトナーが少ない場合の攪拌部材の動作を示す図。
【図４】実施の形態１の現像装置における仕切り部材の先端の位置を説明する図。
【図５】実施の形態１の画像形成装置の縦断面図。
【図６】（ａ）は実施の形態１において、仕切り部材の先端の位置が図４中の（ア）である場合のトナーの流れを説明する図。
（ｂ）は実施の形態１において、仕切り部材の先端の位置が図４中の（イ）である場合のトナーの流れを説明する図。
（ｃ）は実施の形態１において、仕切り部材の先端の位置が図４中の（ウ）である場合のトナーの流れを説明する図。
（ｄ）は実施の形態１において、仕切り部材の先端の位置が図４中の（エ）である場合のトナーの流れを説明する図。
【図７】実施の形態２のプロセスカートリッジの縦断面図。
【図８】プロセスカートリッジを装着した状態の画像形成装置の縦断面図。
【図９】従来の画像形成装置の縦断面図。
【図１０】従来の現像装置の縦断面図。
【図１１】第２の攪拌部材の長手方向の形状を示す図。
【図１２】従来の第１の攪拌部材の長手方向の形状を示す図。
【図１３】トナーの平均粒径の違いによる、枚数と濃度との関係を示す図。
【図１４】（ａ）は、従来の現像装置内のトナーの流れを示す図。
（ｂ）は、従来の現像装置内のトナーの流れを示す図。
【図１５】感光ドラムと現像スリーブとの関係を示す図。
【図１６】トナーの微粉量とベタ黒濃度との関係を示す図。
【図１７】比較例としての現像装置の縦断面図。
【図１８】仕切り部材の先端の高さの違いによる、べた濃度、微粉量、フェーディングの違いを説明する図。
【図１９】攪拌部材を代えたときの、初期濃度、微粉量、フェーディング、白抜け時トナー残量の違いを説明する図。
【符号の説明】
１ 仕切り部材
１ａ 仕切り部材の先端
６ カートリッジ容器
７ 第１の攪拌部材
７ａ 剛体棒
７ｂ 現像剤搬送部材（弾性シート）
８ 現像装置
１０９ 現像剤（トナー）
１０４ 現像容器
１０４ａ 開口部
１０５ 現像剤担持体（現像スリーブ）
１０６ 磁界発生部材（マグネット）
１０７ａ 現像剤規制部材（弾性ブレード）
１０８ 現像剤残量検知部材（アンテナ部材）
１１１ 像担持体（感光ドラム）
１３０ 第２の攪拌部材
Ａ 弾性シートの基端部
Ｂ 弾性シートの先端部
Ｃ１ 第１の接線
Ｃ２ 第２の接線
ＰＣ プロセスカートリッジ
Claims (5)
- 画像形成装置の装置本体内に設けられる現像装置であって、
現像剤を収納するとともに、前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態でその前側の下部に開口部を有する現像容器と、
前記現像剤を担持する、前記開口部に回転自在に配置された現像剤担持体と、
前記現像容器内に収納された前記現像剤の残量を検知する、前記現像容器内で前記現像剤担持体の長手方向に平行に配置された現像剤残量検知部材と、
前記現像容器内に収納された前記現像剤を攪拌する、前記現像容器内に配置された第１の攪拌部材および第２の攪拌部材と、を備えた現像装置において、
前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で、前記現像剤残量検知部材を前記現像剤担持体の後方における斜め上方に配置し、
前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で、前記第１の攪拌部材を前記現像剤残量検知部材の後方における斜め上方に回転自在に配置し、
前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で、前記第２の攪拌部材を前記現像剤残量検知部材の斜め下方、かつ、前記第１の攪拌部材の前方における斜め下方に回転自在に配置し、
前記現像装置が前記装置本体内に設けられた状態で、前記現像容器の上部内側から前記現像剤残量検知部材と前記第１の攪拌部材との間に向けて仕切り部材を突設し、
前記現像剤残量検知部材における前側の鉛直方向の接線を第１の接線として、前記第２の攪拌部材の回転軌跡における後側の鉛直方向の接線を第２の接線としたときに、前記仕切り部材の先端を、前記第１の接線と前記第２の接線との間に配置することにより、前記現像剤が自重によって前記現像剤残量検知部材と前記第２の攪拌部材との間の領域を通過して前記現像剤担持体の設けられた方向へ移動するのを抑制するように構成し、
前記現像容器内に存在する前記現像剤の残量が多いとき程、前記領域に搬送される前記現像剤の量が少なくなるように、前記第１の攪拌部材が、前記現像剤担持体の回転軸と平行な回転軸を有する剛体棒と、前記剛体棒に基端部が固定され先端部が自由端である弾性シートと、を有することを特徴とする現像装置。 - 画像形成装置の装置本体に対して着脱自在なカートリッジ容器に、少なくとも像担持体と現像装置とを組み込んで構成したプロセスカートリッジにおいて、
前記現像装置が、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する請求項１に記載の現像装置である、ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置と、を備えた画像形成装置において、
前記現像装置が、請求項１に記載の現像装置である、ことを特徴とする画像形成装置。 - 転写材に画像形成する装置本体と、該装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジとを備えた画像形成装置において、
前記プロセスカートリッジが、請求項２に記載のプロセスカートリッジである、ことを特徴とする画像形成装置。 - 現像容器の前側の下部の開口部に配置され、現像剤を表面に保持して現像を行う円筒状の現像剤担持体と、
前記現像剤担持体と平行に配置されて回転することにより前記現像剤担持体へ現像剤を送り込む第２の攪拌部材と、
前記攪拌部材の回転軌跡の上方にその回転軌跡が一部重なる位置関係で配置されて、回転することにより前記現像容器の底部の現像剤を前記第２の攪拌部材に送り込む第１の攪拌部材と、を備えた現像装置であって、
前記第１の攪拌部材の回転軌跡と前記第２の攪拌部材の回転軌跡とを仕切る仕切り部材を、前記第２の攪拌部材の回転軌跡の上方に、前記第１の攪拌部材側へ向かって低く傾斜させて配置し、
前記仕切り部材の下縁は、前記第２の攪拌部材の回転軌跡における前側の鉛直方向の接線と後側の鉛直方向の接線との間に位置し、
前記第１の攪拌部材は、その回転軸としての剛体棒に基端部が固定された弾性シートを有し、前記現像容器内に存在する前記現像剤の残量が多いとき程、前記第２の攪拌部材に送り込まれる前記現像剤の量が少なくなるように前記弾性シートの厚みが選択されていることを特徴とする現像装置。
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